(57)【要約】【課題】交流電圧を直接スイッチングしてモータ駆動を行うモータ制御装置において、モータ起動を行う場合、印加される電圧が常時変動するため起動するタイミングによりモータ起動を失敗するという課題を有していた。【解決手段】インバータ主回路３に印加される電圧値を検出する電圧検出部１０と交流電源位相を演算する位相演算部１１の少なくとも一方と、前記電圧検出部１０からの検出値、前記位相演算部１１から演算値の少なくとも一方の演算、検出結果を用いて起動部９によりモータ７を起動させるタイミングを決定する起動タイミング決定部１２を備えることにより、インバータ主回路３への印加電圧が常時変動するモータ制御装置において確実なモータ起動を実現させる。【選択図】図１
2010124584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流電源からの交流電源出力を双方向に電流制御を行うことができる双方向スイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるインバータ主回路と、前記インバータ主回路と前記単相交流電源間に設置されるフィルタ部と、前記インバータ主回路のスイッチング素子のオン、オフ制御を行う駆動制御部と、前記駆動制御部により前記モータを停止状態から駆動させる起動部を備えたモータ制御装置であって、
前記インバータ主回路に印加される電圧値を検出する電圧検出部と交流電源位相を演算する位相演算部の少なくとも一方を備え、その検出、演算結果を用いて前記起動部により前記モータを起動させるタイミングを決定する起動タイミング決定部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記位相演算部は、交流電源出力におけるゼロ電圧からゼロ電圧間、ゼロ電圧と最大電圧値または最小電圧値間、最大電圧値から最大電圧値間、最小電圧値から最小電圧値間、最大電圧値と最小電圧値間のそれぞれの複数回平均時間値の少なくとも１つを用いて交流電源位相演算を行うことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記起動タイミング決定部は、前記電圧検出部より検出される電圧値の絶対値があらかじめ設定された電圧値範囲内のときに前記モータを起動させるタイミングとすることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記起動タイミング決定部は、前記位相演算部より算出される電源位相があらかじめ設定された範囲内のときに前記モータを起動させるタイミングとすることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記起動タイミング決定部は、前記位相演算部より算出される電源位相があらかじめ設定された範囲内において前記電圧検出部より検出される電圧値の絶対値があらかじめ設定された電圧値範囲内のときに前記モータを起動させるタイミングとすることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記起動部は、位置決めの後、前記起動タイミング決定部により決定されたタイミングにてモータ駆動を開始させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記インバータ主回路が備える双方向スイッチング素子はノーマリオフ型、ダブルゲート型の少なくとも１つの特徴を有するＧａＮで構成される請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記フィルタ部は前記交流電源と前記インバータ主回路間の少なくとも片側のラインに直列接続されたリアクタと、そのリアクタのインバータ主回路側ライン間に並列接続されたコンデンサで構成され、その共振周波数が交流電源周波数の４０倍以上になるようにリアクタンス値とキャパシタンス値を決めることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
空気調和機に具備された請求項１から８の少なくとも１項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相交流電源から三相モータを可変速で駆動できるモータ制御装置におけるモータの起動に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のモータ起動は起動不良を発生させないために位置決め処理後にモータ駆動を開始させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、上記特許文献１に記載された従来のモータ制御装置のブロック図である。
【０００４】
図６に示すように、従来のモータ制御装置は、交流電源１と、交流電圧から直流電圧に変換する整流回路２と、整流回路の出力を平滑するためのコンデンサ４と、ブラシレス・センサレスＤＣモータ７と、複数個の半導体スイッチとダイオードをブリッジ結線し、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路３と、ロータの磁極位置を検出する位置検出手段１３と、インバータ回路を駆動する転流手段１４と、ブラシレス・センサレスＤＣモータを起動する起動手段１５と、位置検出手段および起動手段などの信号を基に交流電源の通電制御、あるいはインバータ回路への通電制御を行い、ブラシレス・センサレスＤＣモータの運転あるいは回転数を制御する制御手段１６から構成されている。
【０００５】
以下、図７を参照しながら起動動作について説明を行う。
【０００６】
ブラシレス・センサレスＤＣモータを起動させる際、モータ制御装置へ通電開始されるとブラシレス・センサレスＤＣモータのＹ字結線された２相間に位置決め電流を通電後、更に該通電した２相間とは異なるＹ字結線された２相間に位置決め電流を通電して、モータ始動を行う。
【特許文献１】特開２００４−３２８８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成によるモータ起動では、インバータ回路に印加される電圧が変動するような場合、モータ起動に必要なトルクを得るために必要となる電圧未満においてモータ起動を行うことで起動不良を発生させるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インバータ回路に印加される電圧が変動する場合でも、インバータ回路に印加される電圧値や電源位相により起動タイミングを調整することで安定した起動を実現させるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、単相交流電源からの交流電源出力を双方向に電流制御を行うことができる双方向スイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるインバータ主回路と、前記インバータ主回路のスイッチング素子のオン、オフ制御を行う駆動制御部と、前記駆動制御部により前記モータを停止状態から駆動させる起動部を備えたモータ制御装置において、前記インバータ主回路に印加される電圧値を検出する電圧検出部と交流電源位相を演算する位相演算部の少なくとも一方と、前記電圧検出部からの検出値、前記位相演算部から演算値の少なくとも一方の検出結果を用いて前記起動部により前記モータを起動させるタイミングを決定する起動タイミング決定部を備えたものであ
る。
【００１０】
これによりインバータ主回路へ変動する電圧が印加されるモータ制御装置において電圧不足、トルク異常による起動不良の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータ制御装置は、交流電源を直接インバータ主回路へ入力する場合であっても電圧不足、トルク異常による起動不良の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、単相交流電源と、該交流電源出力を双方向に電流制御を行うことができる双方向スイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるインバータ主回路と、前記インバータ主回路と前記単相交流電源間に設置されるフィルタ部と、前記インバータ主回路のスイッチング素子のオン、オフ制御を行う駆動制御部と、前記駆動制御部により前記モータを停止状態から駆動させる起動部を備えたモータ制御装置において、
前記インバータ主回路に印加される電圧値を検出する電圧検出部と交流電源位相を演算する位相演算部の少なくとも一方を備え、その検出、演算結果を用いて前記起動部により前記モータを起動させるタイミングを決定する起動タイミング決定部を備えることにより、インバータ主回路に印加される電圧が交流電源半周期で脈動する場合でも脈動に合わせ、モータ起動失敗を起こさないタイミングでモータ起動を行うことができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明のモータ制御装置において、前記位相演算部は、交流電源出力におけるゼロ電圧からゼロ電圧間、ゼロ電圧と最大電圧値または最小電圧値間、最大電圧値から最大電圧値間、最小電圧値から最小電圧値間、最大電圧値と最小電圧値間のそれぞれの複数回平均時間の少なくとも１つを用いて交流電源位相演算を行うことで、交流電源電圧歪みによる電源位相演算への影響を抑制できる。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明のモータ制御装置において、前記起動タイミング決定部は、前記電圧検出部より検出される電圧値の絶対値があらかじめ設定された電圧値範囲内のときに前記モータを起動させるタイミングとすることで、モータ起動に最低限必要な電圧が前記インバータ主回路に印加された状態でモータ起動を行うことができる。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明のモータ制御装置において、前記起動タイミング決定部は、前記位相検出部より検出される電源位相があらかじめ設定された範囲内のときに前記モータを起動させるタイミングとすることで、前記電圧検出部による電圧検出周期が長く前記インバータ主回路へ印加される電圧が常時変動する状態において、所定の電圧範囲内を検出できないような場合でも、最もモータへトルクを与えられるタイミングでモータ起動を行うことができる。
【００１６】
第５の発明は、第１の発明のモータ制御装置において、前記起動タイミング決定部は、前記位相演算部より算出される電源位相があらかじめ設定された範囲内において前記電圧検出部より検出される電圧値の絶対値があらかじめ設定された電圧値範囲内のときに前記モータを起動させるタイミングとすることで、前記インバータ主回路へ印加される電圧が常時変動する状態においても、前記電圧検出部を用いたより少ない電圧検出回数でモータ起動に最低限必要な電圧が前記インバータ主回路に印加された状態でモータ起動を行うことができる。
【００１７】
第６の発明は、第１から第５のいずれかのモータ制御装置において、前記起動部は、位置決めの後、前記起動タイミング決定部により決定されたタイミングにてモータ駆動を開
始させることで、より確実なモータ起動を実現することができる。
【００１８】
第７の発明は、第１から第６のいずれかのモータ制御装置において、前記インバータ主回路が備える双方向スイッチング素子はノーマリオフ型、ダブルゲート型の少なくとも１つの特徴を有するＧａＮで構成されることにより、前記インバータ主回路における導通損失低減、高速スイッチングによる高効率化、装置の信頼性向上を図ることができる。
【００１９】
第８の発明は、第１から第７のいずれかのモータ制御装置において、前記フィルタ部は前記交流電源と前記インバータ主回路間の少なくとも片側のラインに直列接続されたリアクタと、そのリアクタのインバータ主回路側ライン間に並列接続されたコンデンサで構成され、その共振周波数が交流電源周波数の４０倍以上になるようにキャパシタンス値とリアクタンス値を決めることで、入力電流の電源高調波特性の高性能化を実現することができる。
【００２０】
第９の発明は、第１から第８のいずれかのモータ制御装置を空気調和機に具備することにより、整流回路を持たない安価で高効率な装置において起動不良のない高信頼性を実現することができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の構成図を示したものである。
【００２３】
図１のモータ制御装置は、単相交流電源１より電力を供給され、供給された交流電圧をダイオードブリッジで構成された整流回路２を介さずに双方向スイッチングを備え直接所望の可変電圧・可変周波数の交流出力に変換するインバータ主回路３と、前記インバータ主回路３と前記単相交流電源１間に設置されるコンデンサ４とリアクタ５で構成されるフィルタ部６と、前記インバータ主回路３の出力により駆動されるモータ７と、前記インバータ主回路３の双方向スイッチング素子のオン・オフ制御を行うマイコン等で構成される駆動制御部８と、前記駆動制御部８により前記モータを停止状態から駆動させる起動部９と、前記インバータ主回路３に印加される電圧値を検出する電圧検出部１０と、交流電源位相を演算する位相演算部１１と、その検出、演算結果を用いて前記起動部９により前記モータ７を起動させるタイミングを決定する起動タイミング決定部１２を有している。
【００２４】
ここで、交流電源１とインバータ主回路３との間に接続される前記フィルタ部６は、共振周波数が交流電源周波数の４０倍以上になるように設定された、インバータ主回路３より生じるスイッチングノイズの入力側（交流電源１）への流出を防止するために直列接続されたリアクタ５と、インバータ主回路３のスナバとして並列接続されたコンデンサ４を有している。該コンデンサ４は前記リアクタ５よりインバータ主回路３側に接続される。
【００２５】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。図４、図５は、本実施の形態における各部の動作波形である。
【００２６】
まず、交流電源１に交流電源周波数ｆａｃ＝５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用電源を用いた場合、その出力電圧波形は図４（ａ）に示すように周期Ｔａｃ＝２０ｍｓｅｃあるいは１６．７ｍｓｅｃの正弦波状の波形となる。この出力電圧を共振周波数が交流電源周波数の４０倍以上に設定されたリアクタ５とコンデンサ４（例えばリアクタンス値０．５ｍＨ、キャパスタンス値１０μＦ、共振周波数ｆｃ＝１／（２π＊√（ＬＣ）＝２２５０Ｈｚ＞４０＊ｆａｃ（＝５０Ｈｚ））を介してインバータ主回路３へ供給する。
【００２７】
ここでインバータ主回路３への入力電流波形は図４（ｂ）に示すようにスイッチング波形が重畳した電流波形となる。このため交流電源１とインバータ主回路３の間にリアクタ５を直列接続することで交流電源１（入力）側の電流波形は図４（ｃ）となりスイッチング成分が除去された電流波形となる。またコンデンサ４との共振周波数を交流電源周波数の４０倍以上に設定することで入力電流について電源高調波電流規制の国際規格に対する高性能化を実現することができる。
【００２８】
更に、インバータ主回路３の寄生容量をＣ０とし、波高値Ｖ０の異常な電圧サージが印加された場合（図５（ａ））と比較し、容量Ｃ（Ｃ＞＞Ｃ０）のコンデンサ４をインバータ主回路３に並列接続することで急峻な電圧サージを吸収しＶ０＊Ｃ０／Ｃへ低下させることができ（図５（ｂ））、スナバとしてインバータ主回路３の破壊を防止することができる。
【００２９】
次にモータ停止状態から駆動させる起動について図２、図３を用いて説明する。交流電源１より供給される電圧を整流、平滑することなく直接スイッチングしてモータ駆動を行う場合、インバータ主回路３に印加される電圧は図２に示すように交流電源周期で変動する。そのためモータ制御装置に通電を開始３０１後に、位置決めのため2相間（例えばＵ−Ｗ間）に位置決め電流を通電３０２し、更に該２相間とは異なる２相間（例えばＵ−Ｖ間）に位置決め電流の通電３０３後、モータ始動を行う際に位相演算部１１による電源位相θが所定の電源位相範囲内（Ｄ１≦θ≦Ｄ２、Ｄ３≦θ≦Ｄ４）であるかを判断３０４する。
【００３０】
所定の電源位相範囲外の場合は位置決め動作を継続する。所定の電源位相範囲内である場合は、電圧検出部１０からの電圧検出値Ｖｒｓの絶対値が所定の範囲内（Ｖａ≦ａｂｓ（Ｖｒｓ）≦Ｖｂ）であるかを判断３０５する。所定の電圧値範囲外の場合は位置決め動作を継続する。所定の電圧値範囲内である場合、モータ起動３０６を行うタイミングであると起動タイミング決定部１２により決定し、起動部９および駆動制御部８によるモータ起動を開始する。
【００３１】
つまり図２に示すような電圧がインバータ主回路３に印加される場合、起動タイミング決定部１２は電源位相Ｄ１ａ≦θ≦Ｄ２ａ、Ｄ３ａ≦θ≦Ｄ４ａの範囲内をモータ起動開始タイミングとする。
【００３２】
尚、起動タイミング決定部１２により決定される起動タイミングは、位相演算部１１より算出される交流電源位相のみ、あるいは電圧検出部１０より検出される電圧値のみにより決定されてもよい。
【００３３】
ただし、電圧検出部１０により検出される電圧値により起動タイミングを決定する場合、所定の期間（例えば交流電源１周期）所定の範囲内の電圧値を検出できなかった場合はモータ起動を行わない。
【００３４】
また、インバータ主回路３が備える双方向スイッチング素子はノーマリオフ型、ダブルゲート型の少なくとも１つの特徴を有するＧａＮで構成されることにより、インバータ主回路３における動作抵抗低減による導通損失低減、高速スイッチングによるスイッチング損失低減、装置の信頼性向上を図ることができる。
【００３５】
以上のように本実施の形態においてはインバータ主回路３に印加される交流電圧の位相を演算する位相演算部１１と、印加される電圧値を検出する電圧検出部１０と、この演算値、検出値をもとに停止したモータ７を起動させるタイミングを決定する起動タイミング
決定部１２を備えることにより、整流回路２を備えないことによる装置全体の小型化、低コスト化、高効率化を実現と、確実なモータ起動を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、整流回路を必要としないため、装置の小型化、低コスト化、高効率化の実現と、センサレスでのモータ起動が求められる圧縮機などの起動動作を確実に行うことができるため、空気調和機など圧縮機を備えたあらゆる機器への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置のブロック構成図
【図２】本発明の実施の形態におけるインバータ主回路に印加される電圧波形図
【図３】本発明の実施の形態におけるモータ起動の流れを表す概略図
【図４】本発明の実施の形態におけるインバータ装置の各部動作波形図
【図５】本発明の実施の形態におけるインバータ装置の各部動作波形図
【図６】従来のモータ制御装置のブロック構成図
【図７】従来のモータ制御装置におけるモータ起動の流れを表す概略図
【符号の説明】
【００３８】
１  交流電源
２  整流回路
３  インバータ主回路
４  コンデンサ
５  リアクタ
６  フィルタ部
７  モータ
８  駆動制御部
９  起動部
１０  電圧検出部
１１  位相演算部
１２  起動タイミング決定部
１３  位置検出部
１４  転流手段
１５  起動手段
１６  制御手段
【図１】
2010124584.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010124584.tif 000008
【図７】
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